高中物理 第四章 电磁波及其应用素材 新人教版选修1-1（通用）

高中物理 第四章 电磁波及其应用素材 新人教版选修1-1（通用）

电磁波及其应用 ‎ 随着科技的发展，人们对电磁波的认识越来越深刻，对电磁波的应用也越来越频繁，而电磁波对我们生活的影响也越来越广泛。那么什么是电磁波呢？‎ 电磁波是以波动方式在空间传播的交变电滋场。电磁波的频谱范围包括无线电波、红外线波和光波。无线电波的应用还有雷达，广播电台、电视发射，移动通信，电报等。微波还有微波通信、微波炉等。红外线还有热成像仪，红外制导导弹，火的温暖（热辐射），电视机遥控器等，热效应有关的都是。紫外线有紫外线杀菌、荧光灯、验钞机等。X射线有医疗设备（透视、拍片）、金属探伤、安检设备等医学上人体透视，工程上的探伤，物理学的测量晶体结构等。电磁波的传播速度，在真空中为3x 10（8次方）米／秒。‎ 电磁波在生活方面的应用 无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。在无线电广播中，人们先将声音信号转变为电信号，然后将这些信号由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播。而在另一地点，人们利用接收机接收到这些电磁波后，又将其中的电信号还原成声音信号，这就是无线广播的大致过程。而在电视中，除了要象无线广播中那样处理声音信号外，还要将图象的光信号转变为电信号，然后也将这两种信号一起由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播，而电视接收机接收到这些电磁波后又将其中的电信号还原成声音信号和光信号，从而显示出电视的画面和喇叭里的声音。‎ 无线电广播利用的电磁波的频率很高，范围也非常大，而电视所利用的电磁波的频率则更高，范围也更大。‎ 电磁波在农业方面的应用 ‎（1）激光育种 激光育种是突变育种的一种，选用适当波段剂量的激光照射植物种子和其它器官，以诱发突变，进而在其后代中，选择优良变异个体，有可能培育成新品种。目前已在果树等植物育种上应用获得初步成功。也可照射卵、蛹，用于家蚕育种上。‎ ‎（2）近红外光谱 近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy，简称NIRS）已成为谷物品质分析的重要手段。由于可以非破坏性的分析样品中的化学成分，为当前作物育种研究领域的品质育种提供了一个新的技术手段。‎ 近红外分析技术遇有快速，高效，低成本，无损，无污染等许多优点，适合于农业样品分析，尤其适用于现场分析和在线分析。‎ ‎（3）紫外和可见光光谱 利用紫外和可见光光谱可以有效地检测蔬菜和水果中的残留农药、药品和毒品，进行迅速、精确的检测，而且对动物、植物的农药残留和激素等有明显的辅助检测功效。‎ ‎（4）精确农业 精确农业技术在现代农业生产中的应用十分广泛。比如，根据土壤的需要使肥力的状况得到改善，根据病虫害的情况来调节农药喷洒量，不再耕种那些已经板结的土地，自动调节拖拉机的耕种深度等。‎ 在产量预测、预报方面，精确农业对投入和产出能按不同地块、不同时间进行详细记录，对预测产量和耕作决策者有着极其重要的意义。在提高水资源利用率方面，精确农业技术也具有极大的作用。‎ 电磁波在工业方面的应用 （1） 电磁波应用之测速仪---激光测速仪。激光测速仪是采用激光测距的原理。激光测距（即电磁波）是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在该一时段内被测物体的移动距离，从而得到该被测物体的移动速度。‎ （2） 电磁波加工在食品工业中的应用。构成食品材料的离子大都带有某种电荷，可以形成电势差或电动势，当食品材料在受到外界刺激时，就会产生抵抗，通常表现为食品材料的电导率、电容率、击穿电位、刺激电位等电学特性。因此，可以利用电磁场对食品进行有效地加工处理。‎ 1． 微波在食品加工中的应用。‎ 根据用途，微波被分为两大类：一是在食品加工中作为一种加热手段，进行微波干燥、膨化、消毒、灭菌和热烫等；二是以各种形式的微波炉出现，作为辅助加热工具，进行肉的解冻、融化等，或者直接用于食品的加热烹调。‎ 1． 红外线在食品加工中的应用。根据波长又把它分为近红外线(0.78-1.4um)、中间红外线(1.4-3um)和远红外线(9um‎-1mm)。实际应用中，使用的波长范围为2-25um。远红外线近年来在食品加工中应用地十分广泛，主要是因为与热风加热或热风干燥相比，远红外的能量可以直接被食品物料吸收，减少能量的损失。远红外线波长较长，对物料的穿透性强，其光子能量级小，一般只产生热效应，不会引起物质的化学变化，对食品营养成分和色泽不会造成影响，远红外线被物料吸收的程度也不受物料色泽影响，所以使用远红外热加工，物料受热均匀，加工品质优良。远红外线在食品加工中可用于点心、肉制品等的烘烤，烹调食品的保温、冷藏食品的快速加热，谷物、大豆、咖啡、茶叶等的干燥，油炸食品如炸鱼、炸虾、炸土豆片等的炸制，无水煮食品的加工，酒类、调味品、水果的催熟，肉类制品、谷物、面粉的杀菌等。‎ 2． 紫外线在食品加工中的应用。食品工业中，紫外线多应用在杀菌上，也可应用于果蔬保鲜及对加工食品性能的改善上。‎ 电磁波在医学方面的应用 X射线。自1895年被发现后1年内,就被迅速用于医学诊断和治疗。半个世纪多以来Ν 射线医用成像仪器, 随着科学技术的发展也在不断发展, 经历了普通X射线成像仪、数字化X射线诊断仪和X射线CT三个发展阶段。其中每一个阶段都代表着当时顶尖的医学影像诊断设备, 为广大患者病情的诊断起到了举世公认的重要作用。‎ 红外诊断技术。红外热成像仪可对人体各部位多种疾病,如中枢性、周围性血管病变；各脏器的肿瘤、炎症；脊柱病变等作出热像图诊断，无创伤性,重复性强。红外光谱组织血氧检测仪灵敏度高,无需动脉搏动,不受药物影响,无创伤，简便地用于病人床旁持续监测。在手术室、恢复室和急诊室快速诊断脑缺氧和脑缺血,在围手术期监测中发挥越来越大的作用。近红外漫射光密度波 应用于层状组织的结构分析、深度烧伤的坏死深度和血容量的估计。‎ 近红外时间分辨光谱学　成功定量测定乳腺、脑、肝和其他软组织中血红蛋白的氧饱和度, 用于移植肝氧合状态的检测。‎ 微波热疗仪。微波热疗一种常用的热疗方式。微波频率范围远大于生物组织的特征频率, 其加热机制属于波动能量为主的加热效应。微波治疗通过微波辐射器形成定向能量, 对病灶进行辐射加热治疗。‎ 伽玛射线手术刀。伽玛射线在各波段的电磁波中具有最高的能量, 伽玛射线手术刀就是这一特点的具体应用。它将许多束很细的伽玛射线从不同的角度和方向照射进人体, 并使它们都在一点上汇聚起来形成焦点。由于一束射线的剂量都很小, 不会对它穿越的人体组织造成损害, 而许多束射线汇聚的焦点处则形成很高的剂量, 只要将焦点对准病变部位, 就可以像手术刀一样准确地一次性摧毁病灶, 达到无创伤、无出血、无感染、无痛苦、迅速、安全、可靠的神奇疗效。‎ 电磁波在军事方面的运用 （1） 电磁波武器。电磁武器同常规武器相比有三大不同。传统的武器是借助火药和燃烧所产生的化学瓜，而得到发射物所需要的推动力。而电磁武器的推动力，则来处三种发生器（化学的、电磁的、热力的、光电池的、甚至热核的发生器）。在新的武器吕，发射手是“非物质的”和自动推进的，子弹和炮弹将退出历史舞台。今后，威胁将来自电磁波或粒子束，“大炮”将会像一根天线。在电磁波武器中，发射物飞行的速度就是电磁波的运行速度，即光速（约每秒30万公里），这是最快的导弹也无法比拟的。传统的武器是按口径登记分类的，电磁武器则可以按所发射电磁波的波长或频率来分类。在20世纪70年代，美国对低频非离子辐射的影响进行了研究。研究人员发现，电磁武器的磁场能产生严重的影响（特别是对人的心脏能产生严重影响）‎ （2） 雷达。其实电磁波在军事上最重要的运用是雷达 雷达是利用无线电波测定物体位置的无线电设备。‎ 电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的．波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，因此雷达用的是微波。‎ 雷达的天线可以转动。它向一定的方向发射不连续的无线电波（叫做脉冲）。每次发射的时间不超过1ms，两次发射的时间间隔约为这个时间的100倍。这样，发射出去的无线电波遇到障碍物后返回时，可以在这个时间间隔内被天线接收。测出从发射无线电波到收到反射波的时间，就可以求得障碍物的距离，再根据发射电波的方向和仰角，便能确定障碍物的位置了。‎ 实际上，障碍物的距离等情况是由雷达的指示器直接显示出来的。当雷达向目标发射无线电波时，在指示器的荧光屏上呈现一个尖形脉冲；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现第二个尖形脉冲，如图所示。根据两个脉冲的间隔可以直接从荧光屏上的刻度读出障碍物的距离．现代雷达往往和计算机相连，直接对数据进行处理。‎ 利用雷达可以探测飞机、舰艇、导弹等军事目标，还可以用来为飞机、船只导航。在天文学上可以用雷达研究飞近地球的小行星、慧星等天体，气象台则用雷达探测台风、雷雨云。‎